Complementariedad

Qué es la complementariedad de bases

En biología molecular, complementariedad designa la relación de emparejamiento obligado entre las bases nitrogenadas de dos cadenas de ácido nucleico dispuestas en orientación antiparalela. La adenina (A) se une a la timina (T) en el ADN, o al uracilo (U) en el ARN, mediante dos puentes de hidrógeno. La guanina (G) se une a la citosina (C) mediante tres. Esos tres enlaces confieren al par G-C una estabilidad térmica algo mayor que la del par A-T, lo que tiene consecuencias prácticas: las regiones ricas en G-C necesitan temperaturas más altas para desnaturalizarse.

El término viene del latín complementum ("lo que completa"), con el sufijo -ariedad que indica cualidad. Se eligió porque cada base, por su estructura química, encaja exclusivamente con su pareja como una pieza con su molde. No debe confundirse con la complementación genética, que describe un fenómeno de compensación entre mutaciones y pertenece a otro ámbito de la genética.

Las reglas de Chargaff y el modelo de Watson y Crick

Antes de que se conociera la estructura del ADN, Erwin Chargaff observó en 1950 que, en cualquier muestra de ADN, la proporción de adenina era prácticamente igual a la de timina, y la de guanina a la de citosina. Esas relaciones equimolares (A ≈ T, G ≈ C) quedaron sin explicación hasta que James Watson y Francis Crick propusieron en 1953 el modelo de la doble hélice. En su estructura, las dos cadenas se mantenían unidas precisamente por el apareamiento complementario de bases, lo que daba cuenta de las proporciones de Chargaff de forma natural.

Rosalind Franklin y Maurice Wilkins aportaron los datos cristalográficos de difracción de rayos X que fueron decisivos para deducir las dimensiones de la hélice. La distancia constante entre las dos cadenas (aproximadamente 2 nm) solo era compatible con el emparejamiento de una purina (dos anillos) con una pirimidina (un anillo) en cada peldaño.

Consecuencias biológicas del apareamiento complementario

La replicación del ADN depende enteramente de la complementariedad. Cuando la doble hélice se abre, cada cadena sirve de molde para sintetizar una cadena nueva: la ADN polimerasa selecciona el nucleótido complementario en cada posición y lo incorpora. El resultado son dos copias idénticas de la molécula original, cada una formada por una cadena vieja y una nueva (replicación semiconservativa, demostrada por Meselson y Stahl en 1958).

La transcripción opera con la misma lógica: la ARN polimerasa lee una cadena de ADN y sintetiza un ARN mensajero cuya secuencia es complementaria a la cadena molde. También la reparación del ADN explota este principio: si una base se daña, la célula puede reconstruirla usando como referencia la base que queda enfrente en la cadena opuesta.

En biotecnología, la complementariedad permite técnicas como la hibridación de ácidos nucleicos y la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Los cebadores de la PCR se diseñan para que sean complementarios a las regiones flanqueantes del fragmento que se quiere amplificar.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra complementariedad?

Del latín complementum ("lo que llena o completa") más el sufijo -ariedad. En biología molecular se adoptó porque cada base nitrogenada "completa" a su pareja: A con T, G con C.

¿Es lo mismo complementariedad que complementación?

No. La complementariedad es una propiedad fisicoquímica de las bases del ADN y el ARN. La complementación, en cambio, es un fenómeno de la genética clásica en el que dos mutaciones recesivas en genes distintos se compensan y restauran el fenotipo normal. Las dos palabras comparten raíz latina, pero describen procesos diferentes.

¿Por qué el par G-C es más estable que el par A-T?

Porque la guanina y la citosina se unen mediante tres puentes de hidrógeno, mientras que la adenina y la timina lo hacen con dos. Esa diferencia, pequeña en un solo par, se amplifica a lo largo de miles de pares y hace que las regiones ricas en G-C sean más resistentes a la desnaturalización térmica.

¿Funciona igual la complementariedad en el ARN?

Sí, con una variante: en el ARN no existe timina, sino uracilo (U). La adenina se aparea con el uracilo, también mediante dos puentes de hidrógeno. El resto del sistema (G con C) funciona igual. Esta complementariedad permite, entre otras cosas, que el ARN mensajero reproduzca fielmente la información codificada en el ADN.

Referencias

1. Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI). Cromosomas. Hojas informativas sobre genómica.
2. Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI). Par de bases. Glosario parlante de términos genómicos y genéticos.
3. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. ¿Qué es el ADN? MedlinePlus Genetics.
4. Real Academia Española. Complementario. Diccionario de la lengua española.